特高压直流输电系统接地极线路绝缘基础施工运维技术研究

陶留海 曹东升 杨朝锋 张建辉 王美兰 高 嵩

（1.国网河南省电力公司检修公司，河南 郑州 450052；2.河南电力博大科技有限公司，河南 郑州 450051）

2014年1月27日，目前世界上输送容量最大、输电距离最远的直流工程——哈密南—郑州±800kV特高压直流输电工程投运。哈郑工程是国家实施“疆电外送”的首个特高压输电项目，是世界上首个±800kV/800万kW的直流输电工程，也是大型火电、风电基地电力打捆送出的首个特高压工程，具有重大战略意义、创新意义。本文在±800kV哈密-郑州直流特高压输电线路接地极线路绝缘基础施工经验的基础上，对±800kV特高压直流输电线路接地极线路绝缘基础工程施工、验收、运行检查进行探讨并提出建议，以期为今后±800kV接地极线路工程建设运维提供参考。

1 直流接地极线路绝缘基础

1.1 直流接地极线路

直流输电接地极引线接在换流站直流电压中性点与接地极之间的线路，通称接地极线路。接地极线路可采用架空线路，也可采用电缆线路。由于接地极线路一般长约十至数十公里，所以多数工程采用架空线路。在直流系统以大地回流方式运行时，流过接地极线路上的电流等于极线路上的电流。因此接地极线路导线总截面应与极导线截面一样，但对于双极直流系统，考虑到以大地回流方式运行时间较短，因而一般按热稳定要求选择接地极线路导线截面。接地极线路杆塔可根据机械负荷选择水泥杆或木杆、铁塔，导线分两组对称地布置在杆塔两侧。由于接地极线路导线总截面较大，因而对于平地或小丘陵地形，当机械负荷允许时，线路杆塔可用水泥杆或木杆；在山区，当杆塔机械负荷较大时宜选用铁塔。当采用铁塔时，在接地极附近一定范围内，必须使铁塔基座与地绝缘，防止塔脚电腐蚀。接地极线路上电压主要是电流产生的压降，因而靠近换流站端最高，靠近接地极最低，最高电压一般也只有数千伏。按绝缘要求，可用一片绝缘子，但考虑到可能出现零值绝缘子，一般采用两片以上直流绝缘子。由于接地极线路绝缘强度很低，因而很容易遭受雷击,并且雷击后续流难以熄灭，容易造成绝缘子烧坏而发生掉线。因此在绝缘子两端应加装招弧角，以保护绝缘子。

1.2 基础电腐蚀原理

接地极线路正常运行时，只会有不平衡电流通过接地极，但是当输电线路一极导线发生故障，另一极导线则会利用接地极作为回路，以保证输电线路的继续运行。在陆地环境下，接地极的入地电流通过土壤中的电解溶液导电，使得接地极附近地下金属构件可能产生电腐蚀现象。

产生电腐蚀主要是因为地下金属构件为地电流传导提供了比周围土壤更强的导电特性。由于地下金属构件的集流效应，地下金属构件一部分汇集了地中电流，使得构件上的电流密度更大，构件的另一部分又将电流释放到土壤中，这个过程会对金属构件形成电腐蚀。

1.3 绝缘基础设计要求

（1）电力行业标准DL/T5224《高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定》，对靠近接地极约2 km以内的杆塔，基础对地和杆塔对基础应绝缘。在断开接地引下线情况，铁塔绝缘电阻宜大于500Ω。

（2）国家电网公司企业标准Q/GDW229-2008《±800kV直流输电系统架空接地极线路施工及验收规范》第3.0.7条规定：“对距接地极馈电系统外环2km 以内的接地极线路铁塔和接地极址内导流系统架空线路的铁塔，其基础对地和铁塔对基础均应按设计要求进行防腐绝缘处理。”

表1 环氧玻璃布层压板参数

表2 检测项目与周期

图3

（3）郑州800kV换流站至陈家接地极线路工程设计总说明要求：N120～N128塔基础采用绝缘处理。施工图设计要求基础整体（包括基础底板下平面）用玻璃纤维布包裹三层，每层涂沥青一次，共四次，使基础与外界绝缘。

图1为基础绝缘处理技术措施示意图，所有需进行绝缘处理的基础均按照此图施工。进行绝缘处理的基础地脚螺栓采用热镀锌防腐，对需要火曲的地脚螺栓，应先火曲，再热镀锌。进行绝缘处理的基础不可采用混凝土浇筑地脚螺栓保护帽，为防盗起见，可将地脚螺栓螺帽与螺杆焊接为一体，并在地脚螺栓外侧密实涂抹环氧树脂涂层以利防腐，如图1所示。

2 绝缘基础原材料要求

2.1 原材料及器材规定

接地极线路工程使用的原材料及器材必须符合下列规定：

（1）有该产品出厂质量检验合格证书；

（2）有符合国家标准的各项质量检验资料。材料出厂报告应完整，齐全，材料的型号及规格应符合设计要求。不同批的材料到达现场后应进行检验，并分别储存，且应做好明显批次标志；

（3）对砂、石等无质量检验资料的原材料，应抽样并经有检验资格的单位进行检验，合格后方可采用；

（4）对产品检验结果有疑义时，应重新抽样，并经有资格的检验单位检验，合格后方可采用。

2.2 接地极绝缘基础主要的原材料

接地极线路工程使用的原材料及器材必须符合下列规定：

（1）绝缘玻璃纤维布

绝缘处理的基布釆用无碱玻璃纤维布，碱金属氧化物含量应不大于0.8%，如EW200。

（2）硬质绝缘板

选用环氧玻璃布层压板，其主要技术参数，见表1。

（3）沥青涂料

无具体规格要求，选用防水性好、耐久性好的改性沥青。

3 绝缘基础施工技术方法

特高压接地极线路的铁塔基础包括基础垫层及放置于该基础垫层上的基础主体，在该基础主体的上部预埋有地脚螺栓，该地脚螺栓的上部从基础主体的顶面竖直向上伸出，在基础主体的表面上由内至外依次包覆有第一沥青胶层和第一玻璃纤维布层，然后在基础垫层与基础主体的配合面上由内至外依次包覆有第二沥青胶层和第二玻璃纤维布层。基础表面通过沥青胶层和玻璃纤维布层绝缘，满足了特高压接地极线路的安全运行要求，保证了特高压接地极线路的可靠性；而且，采用沥青胶和玻璃纤维布作为绝缘材料，造价低，施工简便，环境污染小，绝缘效果好。

3.1 基础对地绝缘施工方法

特高压接地极线路的铁塔绝缘基础主要包括基础垫层和放置于该基础垫层上的基础主体，在该基础主体的上部预埋有地脚螺栓，该地脚螺栓的上部从基础主体的顶面竖直向上伸出，在基础主体的表面上由内至外依次包覆有第一沥青胶层和第一玻璃纤维布层，在凝固后由内至外依次包覆有第二沥青胶层和第二玻璃纤维布层。表面通过沥青胶层和玻璃纤维布层绝缘，满足了特高压接地极线路的安全运行要求，保证了特高压接地极线路的可靠性。采用沥青胶和玻璃纤维布作为绝缘材料，造价低，施工简便，环境污染小，绝缘效果好。

3.2 铁塔与基础绝缘施工方法

为保证铁塔与基础绝缘，对所有需要做绝缘的基础塔座板处做如下处理：

（1）每个塔腿塔座板与基础立柱顶面间加一块玻璃钢绝缘板，厚度5mm，其大小及开孔尺寸应与相应的塔座板保持一致。同时此板的抗压强度不小于14N/mm2。

（2）每个塔腿塔座板与螺栓垫片间加一块玻璃钢绝缘垫片，此垫片的厚度为5mm，其大小尺寸应与相应的螺栓垫片一致，开孔直径应与相应的塔座板尺寸一致，同时此板的抗压强度不小于100 N/mm2。

（3）为防止铁塔塔座板与地脚螺栓接触，在地脚螺栓外套一玻璃钢护套，该玻璃钢护套位于基础立柱顶面与螺栓垫片之间，并需保证能有效隔断塔座板与地脚螺栓之间的接触；塔座板孔壁内侧及地脚螺栓外侧需涂绝缘漆加强绝缘效果。该玻璃钢护套的抗压强度不小100N/mm2。

3.3 施工注意事项

现场施工时应注意以下事项，以严格控制施工质量，保证完工后基础绝缘性能。

（1）施工时应保持鞋底干净。

（2）对于坑壁地土质松软的基础，应对坑壁进行加固，以防泥土坍塌，影响施工质量。

（3）施工时保护玻璃纤维布接头干燥，不准带入空气，防止接头处出现缝隙。

（4）保证刷沥青胶均匀、不露底、不反复涂刷。铺贴时要按横向顺序用力滚压，排出残存空气，防止玻璃纤维布出现空鼓现象。

4 特高压直流输电线路接地极线路绝缘基础的质量检验标准和方法

接地极线路绝缘基础的质量关系着接地极线路能否长期安全可靠的运行，国家电网公司在标准Q/GDW229-2008《±800kV直流输电系统架空接地极线路施工及验收规范》中对特高压直流输电线路接地极线路绝缘基础的质量检验标准及方法做了如下规定。

4.1 基础防腐绝缘施工标准

（1）第7.2.1条 铁塔基础防腐绝缘施工应符合下列规定：

a 按设计要求，制定基础防腐绝缘施工技术方案；

b防腐绝缘产品的质量和技术要求应符合有关标准的要求并满足设计文件规定；

c 基础的底面和各侧面的防腐绝缘施工应严格按设计规定进行。

（2）第7.2.2条 防腐绝缘施工完成后应及时测量基础对地的接触电阻，并符合设计要求。

4.2 铁塔防腐绝缘施工标准

（1）第8.3.1条 铁塔与基础间防腐绝缘施工应符合下列规定：

a按设计要求，制定铁塔与基础间防腐绝缘施工技术方案；

b防腐绝缘产品的质量和技术要求应符合有关标准的要求并满足设计文件规定；

c在基础顶面和塔脚板之间垫环氧树脂垫片或其它绝缘材料时，应确保其规格和尺寸满足设计规定。

（2）第8.3.2条 当铁塔和基础的防腐绝缘均施工完毕后，按第11.0.6条规定的要求浇筑基础保护帽。

（3）第8.3.3条 防腐绝缘施工完成后应及时测量接触电阻，并符合设计要求。为了防止直流大地回流对铁塔的腐蚀，需要将接地极附近的铁塔和基础之间进行防腐绝缘处理，不使其在铁塔上形成环流，因此本条规定按设计要求采取措施，确保铁塔和基础之间接触电阻满足设计要求。当设计无要求时，在断开接地引下线情况下，接地装置与铁塔的接触电阻宜大于500Ω。

（4）第11.0.6条 绝缘材料保护帽的绝缘材料配合比应符合制造厂的技术规定，防腐绝缘施工应符合设计的要求。

5 基础对地绝缘电阻的测量方法

绝缘电阻指被试品施加的直流电压U与此时流过被试品泄漏电流Ig的比值，即R=U/Ig。基础对地绝缘电阻反映接地极线路绝缘基础与大地之间的绝缘程度，相关标准规定该值不得小于500Ω。

实际工作中，一般采用以下方法测量基础对地绝缘电阻：

（1）使用万用表的欧姆档；

（2）万用表一端连接在地脚螺栓上，另一端连接在地面上，测量出电阻即为基础对地的接触电阻，如图3所示。

测量中需要注意以下问题：

a绝缘电阻值受温度影响较大，当温度升高时，绝缘介质中的极化加剧，电导增加，致使绝缘电阻值降低，因此，热状态下测得绝缘电阻值比冷状态下要低。

b当试品温度低于周围空气的“露点”温度时，潮气将在绝缘基础表面结露，形成水膜，从而增加绝缘基础表面泄漏，导致绝缘电阻值降低。

6 接地极线路绝缘基础相关运行检修规程规定

接地极线路运行维护单位应定期对接地极线路进行维护和检查，维护检查的项目和周期与该系统的直流输电线路相同。

DL/T251-2012《±800kV直流架空输电线路检修规程》中第11.2.7条规定，应定期对接地极线路进行维护和检查，维护检查的项目及周期与该系统的直流输电线路相同。

7 接地极线路绝缘基础运行维护建议

7.1 强化巡视检查工作

运行维护单位需要强化接地极线路绝缘基础的巡视检查工作，重点检查地脚螺栓有无松动，螺栓垫片及玻璃钢垫片有无松动及破损情况。如有松动，要及时紧固；如有破损，要及时更换。

7.2 加强测量监测工作

基础对地绝缘电阻值是接地极线路绝缘基础运行维护中的重要参数，需要加强对该参数值的测量监测工作。当该值不满足标准要求，即当其小于500 Ω时，说明基础对地绝缘受到破坏，需要及时处理。

结语

特高压直流输电系统架空接地极线路绝缘基础是一个较为复杂的问题，是预防基础电腐蚀的重要措施，运行检修的经验还不足。做好接地极线路绝缘基础的施工运行检修工作需要由科研、设计、制造、施工、运行等单位共同努力，只有认真分析研究，注重细节，制定有效对策，采取综合治理的方式，不断进行专项改进治理，才能达到较好的效果。

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